基于PLC和组态王的料位监控系统

摘要 从港口干散货装卸储运的生产实际出发，介绍了自动监控系统的硬件结构组成和软件系统。采用PLC作为下位机实现现场信号的控制。采用研华工控机作为上位机，显示实时监控画面。采用组态王软件进行上位监控软件的编制。

关键词 PLC；组态王；料位；监控系统

中图分类号TP39 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）88-0233-02

0引言

可编程控制器（Programmable Logic Controllor简称PLC）是将计算机技术、自动控制技术和通信技术融为一体而迅速发展起来的。由于具有可靠性高、功能强大、组合灵活、维护方便等特点而广泛应用于工业控制领域。

组态（Configuration）是指通过专用软件定义系统的过程。组态软件是利用系统软件提供的工具，通过简单形象的组态工作，构成系统所需的软件。是工业自动化软件的一个重要分支。组态软件促使自动化技术走出工业应用的狭小范围，在楼宇自动化、农业自动化等领域得到应用。

组态王是国内第一家较有影响的组态软件开发公司。组态王提供了资源管理器式的操作主界面，并且提供了以汉字作为关键字的脚本语言支持。组态王也提供多种硬件驱动程序。

采用组态王软件编制的上位监控系统是控制系统的数据收集和处理中心、远程监视中心和数据转发中心，它与设备PLC，智能仪表等相连接构成控制中心。

针对港口干散货的装卸储运生产的实际，采用西门子PLC为现场控制核心，以组态王软件作为上位监控组态软件，设计一套料位自动监控系统。实现卸料小车的实时监控、现场料位的数据采集和显示、料位超限报警等功能。

1 卸料生产工艺流程

本系统包括6个料仓，这些料仓主要用来储备和缓冲物料，由卸料小车向各个料仓送入物料。卸料小车安装在传送带支架上，物料由传送带送到卸料小车上，随着小车的移动，卸料点随着移动，当卸料小车停在某料仓处则向该料仓注入物料。卸料小车的卸料点由接近开关决定，根据料仓料位决定是否向某一料仓卸料，若该料仓料位达到控制要求，则卸料小车启动向下一料仓运动。当到达首末两个料仓时，卸料小车进行方向切换，如此不断进行循环。

2硬件系统结构

本系统硬件系统主要由工控机、PLC、网络卡组成，还包括现场的接近开关、料位计等。硬件结构图如图1所示。

2.1工控机

上位机采用研华机架式工业控制计算机，主要完成系统的组态，软件编程，工业现场动态显示以及运行参数给定，报警显示等主要功能。

2.2 PLC控制器

采用Siemens公司的S7-300系列PLC控制器，中央处理单元为CPU314；数字量输入模块SM321进行现场接近开关位置的检测和现场手动/自动信号的检测；数字量输出模块采用SM322，进行控制信号的输出；模拟量输入模块采用SM331，进行6个料仓料位数据的采集；采用24VDC、20A SIEMENS工业开关电源SITOP作为输入输出信号电源。

2.3网络卡

S7-300和上位监控计算机的通信可以采用多点接口网络（MPI）或PROFIBUS-DP接口等多种通信方式。本监控系统中S7-300的中央处理单元选用CPU 314，因此在上位机中安装CP5611卡，通过MPI电缆进行连接，这样就在上位机和S7-300PLC之间建立了通讯硬件联系。

3 监控系统功能实现

本自动监控系统主要完成6个料仓料位的自动检测和实时显示、料位报警显示、卸料小车实现现场手动控制和中控室自动控制、友好的人机交互界面显示。

3.1 料位的检测

监控系统通过料位计的实时数据分别对6个料仓的料位进行检测并在上位监控画面中实时显示状态。

3.2 料位超限报警

每个料仓的料位一旦超过系统所设置的上下限则系统进行自动报警显示和报警自动记录。

3.3 卸料小车手动/自动控制

手动控制指由现场操作人员通过安装在卸料小车上的按钮直接进行控制；自动控制是指中控室操作人员通过上位机对现场设备进行远程控制。

3.4 友好的人机交互界面

在上位机的监控界面中实时显示卸料小车运行情况、料位显示、料位报警显示等。

4 信号采集与控制

4.1 卸料小车位置检测与控制

对卸料小车的控制是本系统的核心内容，卸料小车的位置由接近开关进行检测。每个料仓两边分别安装1个接近开关，在首末两端再分别安装1个接近开关，从而形成小车的行程控制。当小车靠近某一接近开关时，该接近开关动作并将信号传送至PLC的数字量输入模块，由PLC再传至上位监控计算机，上位监控界面中表示该接近开关的图像发生反应，显示为该接近开关信号有效。这时，系统对该接近开关对应的料仓料位进行判断，与系统设定的上下限进行比较。若该料位值满足要求则小车继续运行；若不满足要求，则卸料小车进行卸料，直到料位值满足要求，小车继续运行。

4.2 料位信号的采集

本系统中包含6个料仓，为了保证检测的准确度，每个料仓中安装4个重锤式料位计，共有24路模拟量输入信号传送至PLC的模拟量输入模板。再由PLC将这些信号传送至上位监控机，在上位监控界面中通过图像分别予以表示，实时显示各个料位计的数值。

5 监控组态软件

“组态王”是在流行的PC机上建立工业控制对象人机接口的一种智能软件包，它以Windows98/Windows2000/Windows NT4.0中文操作系统作为其操作平台，充分利用了Windows图形功能完备，界面一致性好，易学易用的特点。它使采用PC机开发的系统工程比以往使用专用机开发的工业控制系统更有通用性，大大减少了工控软件开发者的重复性工作，并可运用PC机丰富的软件资源进行二次开发。

“组态王”软件包由工程管理器（ProjManager）、工程浏览器（TouchExplorer）、画面运行系统（TouchVew）三部分组成。其中，工程管理器用于新建工程、工程管理等。工程浏览器内嵌画面开发系统，即组态王开发系统。工程浏览器和画面运行系统是各自独立的Windows应用程序，均可单独使用；两者又相互依存，在工程浏览器的画面开发系统中设计开发的画面应用程序必须在画面运行环境中才能运行。

上位监控系统用于现场设备的监视与控制。当上位机与PLC处于联机状态时，可以进行流程选择、启动、停止、故障复位等操作，通过PLC对现场设备进行控制。监视画面以图形方式显示工艺流程设备，并通过颜色变化来反映流程设备状态。可以通过键盘设定料仓料位的上下界限以及给定值，当实际值超过界限时，监控系统产生报警并打印记录，同时PLC将控制现场设备进行相应的响应。

上位监控软件的编制根据物料处理工艺和管理要求，结合实际工艺流程，充分考虑操作员工作中的要求。为了避免因操作员疏漏而造成生产事故，软件设计出了“操作管理”功能，利用“操作记录”、“事件记录”、“报警”、“连锁”这些功能有效地防止了这类事故的发生。屏幕是操作人员与工况之间最主要的联络界面，生动形象的画面效果和方便的操作方法，构成友好的人机界面。

6 结论

结合了PLC技术、组态软件而编制的自动监控系统具有强大的数据处理能力和图形表现能力，实现工业控制现场的数据集中管理和显示、历史报表打印、报警画面生成等功能。极大地提高了系统的稳定性、可维护性和可扩展性，实现了作业现场生产过程的实时监控。

参考文献

[1]组态王用户手册[Z].北京：北京亚控科技发展有限公司，2002.

[2]基于PLC和组态软件的物流输送监控系统设计[J].福建电脑，2009（8）.